DE102021210068A1 - Method with a drive with an internal combustion engine and hydraulic power converters, and drive with an internal combustion engine and hydraulic power converters - Google Patents
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Abstract
Offenbart ist ein Verfahren mit einem Antrieb mit einem elektronischen Steuergerät und einer von diesem gemäß einer insbesondere vorbestimmten Soll-Drehzahl regelbaren Verbrennungskraftmaschine und einer mit dieser drehmomentgekoppelten Hydromaschine, über die wenigstens ein hydraulischer Leistungswandler des Antriebes mit Druckmittel versorgbar ist, wobei ein Drehmoment der Hydromaschine in Abhängigkeit einer an sie gerichteten Anforderung und/oder einer an den Leistungswandler gerichteten Anforderung änderbar ist oder sich in Abhängigkeit einer Last insbesondere des Leistungswandlers ändert, mit Schritten „Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit der Soll-Drehzahl“, über ein elektronisches Steuergerät des Antriebes, und „Erfassen der Anforderung und/oder Last“, über eine elektronische Erfassungseinheit des Antriebes.
Offenbart ist zudem ein Antrieb mit einem elektronischen Steuergerät und einer von diesem gemäß einer Soll-Drehzahl regelbaren Verbrennungskraftmaschine und einer mit dieser drehmomentgekoppelten Hydromaschine, über die wenigstens ein hydraulischer Leistungswandler des Antriebes mit Druckmittel versorgbar ist, wobei ein Drehmoment der Hydromaschine in Abhängigkeit einer an sie gerichteten Anforderung und/oder einer an den Leistungswandler gerichteten Anforderung änderbar ist oder sich in Abhängigkeit einer Last insbesondere des Leistungswandlers ändert.
Disclosed is a method with a drive with an electronic control unit and an internal combustion engine that can be regulated by the latter in accordance with an in particular predetermined setpoint speed and a hydraulic machine that is torque-coupled thereto and via which at least one hydraulic power converter of the drive can be supplied with pressure medium, with a torque of the hydraulic machine in Can be changed as a function of a request directed at it and/or a request directed at the power converter or changes depending on a load, in particular of the power converter, with steps "controlling the speed depending on the target speed", via an electronic control unit of the drive, and "Detection of the request and/or load" via an electronic detection unit of the drive.
Also disclosed is a drive with an electronic control unit and an internal combustion engine that can be controlled by the latter according to a target speed and a hydraulic machine that is torque-coupled to it, via which at least one hydraulic power converter of the drive can be supplied with pressure medium, with a torque of the hydraulic machine depending on a directed request and/or a request directed to the power converter can be changed or changes depending on a load, in particular of the power converter.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit einem Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie einen Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.The invention relates to a method with a drive according to the preamble of
Ein gattungsgemäßer Antrieb hat eine drehzahlgeregelte Verbrennungskraftmaschine und wenigstens eine davon antreibbare und somit im Pumpenbetrieb betreibbare Hydromaschine - im Folgenden als Hydropumpe bezeichnet. Von dieser ist wiederum wenigstens ein hydraulischer Leistungswandler, beispielswiese ein Hydrozylinder oder eine als Hydromotor betreibbare Hydromaschine, mit Druckmittel versorgbar. Der Antrieb kann beispielsweise als Fahrantrieb, Arbeitsantrieb oder kombinierter Fahr- und Arbeitsantrieb ausgebildet sein, wobei die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen, häufig als Dieselmotor ausgestaltet ist. Über die Hydropumpe sind beispielsweise Fahrmotoren oder Hydrozylinder der mobilen Arbeitsmaschine, oder Beides, mit Druckmittel versorgbar.A generic drive has a speed-controlled internal combustion engine and at least one hydraulic machine that can be driven by it and can therefore be operated in pump operation—referred to below as a hydraulic pump. From this, in turn, at least one hydraulic power converter, for example a hydraulic cylinder or a hydraulic machine that can be operated as a hydraulic motor, can be supplied with pressure medium. The drive can, for example, be in the form of a travel drive, work drive or combined travel and work drive, with the internal combustion engine often being in the form of a diesel engine, particularly in the field of mobile work machines. For example, traction motors or hydraulic cylinders of the mobile work machine, or both, can be supplied with pressure medium via the hydraulic pump.
Sowohl die Last des oder der Leistungswandler, als auch eine an diesen/diese gerichtete Anforderung, beispielsweise bezüglich einer Soll-Geschwindigkeit oder -Soll-Beschleunigung, resultieren in einem Soll-Drehmoment der mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelten Hydropumpe. Ebenso resultiert eine direkt an die Hydropumpe gerichtete Anforderung, beispielsweise die Verstellung ihres Fördervolumens, in einem Soll-Drehmoment. Das Soll-Drehmoment der Hydropumpe ist von der Verbrennungskraftmaschine als inneres Drehmoment, bei gleichzeitiger Regelung auf eine vorbestimmte Soll-Drehzahl, bereitzustellen.Both the load of the power converter or converters and a request directed at them, for example with regard to a target speed or target acceleration, result in a target torque of the hydraulic pump coupled to the internal combustion engine. Likewise, a request directed directly at the hydraulic pump, for example the adjustment of its delivery volume, results in a target torque. The target torque of the hydraulic pump is to be provided by the internal combustion engine as an internal torque, with simultaneous regulation to a predetermined target speed.
Aktuelle Tier4 / Euro5 Verbrennungskraftmaschinen des Standes der Technik (ICE) die im Gebrauch der mobilen Arbeitsmaschinen Anwendung finden, bieten häufig keine Schnittstelle zur direkten Drehmomentregelung. Stattdessen folgt ein inneres Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine im Rahmen einer Drehzahlregelung. Wenn beispielsweise aufgrund einer erhöhten Last des Leistungswandlers oder Anforderung an diesen der Lastdruck im hydraulischen Kreis steigt, erhöht sich das Drehmoment der Hydropumpe. Bei noch gleicher Einspritzung der Verbrennungskraftmaschine fällt in Folge deren Ist-Drehzahl unter die vorbestimmte Soll-Drehzahl. Erst wenn diese Regelabweichung erfasst wird und ans Steuergerät gemeldet wird, wird mehr Kraftstoff in die Verbrennung eingespritzt und der Ladedruck und in Folge das innere Drehmoment erhöhen sich.Current state-of-the-art Tier4 / Euro5 internal combustion engines (ICE) used in mobile work machines often do not offer an interface for direct torque control. Instead, an internal torque of the internal combustion engine follows as part of a speed control. If, for example, the load pressure in the hydraulic circuit increases due to an increased load on the power converter or a demand on it, the torque of the hydraulic pump increases. If the injection of the internal combustion engine is still the same, its actual speed falls below the predetermined target speed. Only when this control deviation is recorded and reported to the control unit is more fuel injected into the combustion system and the boost pressure and, as a result, the internal torque increase.
Nachteilig hieran ist, dass die Änderung des inneren Drehmomentes erst der Regelabweichung der Drehzahl bedarf, bevor es durch die vermehrte Einspritzung erhöht oder erniedrigt werden kann. Diese tritt aber verzögert auf, da beispielsweise Stellgrößen im hydraulischen System mit einer Verzögerung auf die Anforderung reagieren. In Folge läuft das innere Drehmoment der in Echtzeit elektronisch erfassten Anforderung oder Last nach. Hierdurch kann es bei schnell steigender Anforderung/Last zu einer unerwünschten Drückung der Drehzahl bis hin zum Abwürgen der Verbrennungskraftmaschine kommen. Anders herum kann es bei abruptem Abfall der Last oder Anforderung zu einem unerwünschten Überdrehen der Verbrennungskraftmaschine kommen.The disadvantage here is that the change in the internal torque first requires the control deviation of the speed before it can be increased or decreased by the increased injection. However, this occurs with a delay because, for example, manipulated variables in the hydraulic system react to the request with a delay. As a result, the internal torque follows the demand or load electronically recorded in real time. As a result, when the demand/load increases rapidly, the speed can be undesirably reduced and the internal combustion engine can stall. Conversely, an abrupt drop in load or demand can lead to an undesired overspeed of the internal combustion engine.
Der unerwünschten Drückung kann gemäß dem Stand der Technik durch eine Begrenzung der Leistung, insbesondere des Drehmoments, der Hydromaschine und der von ihr mit Druckmittel versorgten Leistungswandler entgegengewirkt werden.According to the prior art, the undesired pressure can be counteracted by limiting the power, in particular the torque, of the hydraulic machine and the power converter supplied with pressure medium by it.
Zur Leistungslimitierung derartiger Antriebe mit Verbrennungskraftmaschine als primärer Leistungsquelle kennt der Stand der Technik zum einen eine rein drehzahlbasierte Limitierung, wobei die Ist-Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine mit der Soll-Drehzahl verglichen wird und basierend auf dem Unterschied oder Verhältnis der beiden die Stellgrößen der Leistungswandler, beziehungsweise - abnehmer, limitiert werden.In order to limit the power of such drives with an internal combustion engine as the primary power source, the prior art knows a purely speed-based limitation, with the actual speed of the internal combustion engine being compared with the target speed and based on the difference or ratio of the two, the manipulated variables of the power converters, respectively - buyers, are limited.
Nachteilig an dieser Lösung ist eine Neigung zur Schwingung, da eine solche reine Regelung ohne jeglichen Vorsteuerungs-Anteil ausgeführt wird.A disadvantage of this solution is a tendency to oscillate, since such a pure regulation is carried out without any pilot control component.
Eine andere Lösung nutzt die Bestimmung eines maximal möglichen Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von der Soll-Drehzahl, wobei in Folge dieses maximal mögliche Drehmoment als Führungsgröße für die Leistungslimitierung der Leistungswandler/-abnehmer verwendet wird.Another solution uses the determination of a maximum possible torque of the internal combustion engine as a function of the setpoint speed, with this maximum possible torque being used as a reference variable for the power limitation of the power converter/consumer.
Nachteilig ist, dass die hierbei zur Bestimmung herangezogene Drehmomenthüllkurve nur für einen stationären bis quasistationären Zustand der Verbrennungskraftmaschine gilt, nicht aber für dynamischere Belastungswechsel, wenn die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise bei niedriger Leistungsaufnahme relativ schnell belastet wird. Daher ist zur Leistungsbegrenzung weiterhin der Bezug zur vorgenannten drehzahlbasierten Limitierung nötig.The disadvantage is that the torque envelope curve used for the determination only applies to a steady to quasi-steady state of the internal combustion engine, but not to more dynamic load changes when the internal combustion engine is loaded relatively quickly, for example with low power consumption. Therefore, the reference to the aforementioned speed-based limitation is still necessary for power limitation.
Eine weitere Möglichkeit ist die Berechnung des aktuell theoretisch maximal nutzbaren Antriebsmomentes der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise basierend auf mittels dem Netzwerkprotokoll SAE J1939 mittels CAN-Bus zur Verfügung stehender Informationen der Verbrennungskraftmaschine. Dies sind insbesondere: das aktuelle Prozent-Drehmoment, das Referenz-Drehmoment und die Prozent-Last bei aktueller Drehzahl.A further possibility is the calculation of the currently theoretically maximum usable drive torque of the internal combustion engine, for example based on information on the internal combustion engine that is available by means of the network protocol SAE J1939 via CAN bus machine. In particular, these are: the current percent torque, the reference torque and the percent load at the current speed.
Zwar ist diese Lösung auch für dynamische Belastungsänderungen geeignet, jedoch ist die Signalgüte der Informationen häufig nicht ausreichend. So kann dieses Verfahren entweder gar nicht oder nur mit zusätzlicher und aufwendiger Verarbeitung der ermittelten Führungsgröße (begrenztes Drehmoment) verwendet werden. Hierbei eingesetzte, spezielle Algorithmen erweisen sich als teilweise instabil.Although this solution is also suitable for dynamic load changes, the signal quality of the information is often insufficient. This method can either not be used at all or only with additional and complex processing of the determined reference variable (limited torque). Special algorithms used here have proven to be partially unstable.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Regelung einer Verbrennungskraftmaschine eines Antriebes zu schaffen, das bei Änderungen von Anforderungen oder Lasten des Antriebes eine geringere Dauer oder Höhe der Regelabweichung an der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht. Zudem besteht die Aufgabe darin, einen Antrieb zu schaffen, der auf Änderungen von Anforderungen oder Lasten mit einer geringeren Dauer oder Höhe einer Regelabweichung der Verbrennungskraftmaschine reagiert.In contrast, the invention is based on the object of creating a method for controlling an internal combustion engine of a drive, which allows a shorter duration or level of the control deviation on the internal combustion engine when there are changes in the requirements or loads of the drive. In addition, the task is to create a drive that reacts to changes in requirements or loads with a shorter duration or height of a control deviation of the internal combustion engine.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, die zweite durch einen Antrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.The first task is solved by a method with the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen beschrieben.Advantageous developments of the invention are described in the respective dependent patent claims.
Ein Verfahren ist mit einem Antrieb vorgesehen, insbesondere mit dem Antrieb einer mobilen Arbeitsmaschine. Der Antrieb hat ein elektronisches Steuergerät und eine über dieses in Abhängigkeit einer insbesondere vorbestimmten Soll-Drehzahl regelbaren Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet. Mit dieser ist wenigstens eine Hydromaschine, im Folgenden als Hydropumpe bezeichnet, drehmomentgekoppelt, über die im offenen oder geschlossenen hydraulischen Kreis wenigstens ein hydraulischer Leistungswandler des Antriebes mit Druckmittel versorgbar ist. Die wenigstens eine Hydropumpe kann mit konstantem oder verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet sein. Der wenigstens eine Leistungswandler kann translatorisch - beispielsweise als Hydrozylinder - oder rotatorisch - beispielsweise als Hydromaschine, insbesondere Hydromotor ausgestaltet sein. Auch er kann mit konstantem oder verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet sein. Die Hydropumpe, der Hydromotor kann beispielsweise als Axialkolbenmaschine in Schrägscheiben- oder Schrägachsenbauweise ausgestaltet sein. Ein Drehmoment der Hydromaschine kann sich in Abhängigkeit einer an die Hydromaschine gerichteten Anforderung - beispielsweise ein Anforderungs-Signal, dass in einer Verstellung ihres Verdrängungsvolumens resultiert - ändern oder das Drehmoment ändert sich in Abhängigkeit einer an den Leistungswandler gerichteten Anforderung oder weil sich dessen Last ändert. Zur Aufrechterhaltung einer, insbesondere vorbestimmten, Soll-Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, trotz der möglichen Änderungen der Anforderung(en) oder Last(en), hat das Verfahren einen Schritt „Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit der Soll-Drehzahl“, über das elektronische Steuergerät. Zudem erfolgt ein Schritt „Erfassen der Anforderung und/oder der Last“, insbesondere über eine elektronische Erfassungseinheit des Antriebes.A method is provided with a drive, in particular with the drive of a mobile working machine. The drive has an electronic control unit and an internal combustion engine that can be controlled via this as a function of a particularly predetermined setpoint speed. The internal combustion engine is designed as a diesel engine, for example. At least one hydraulic machine, hereinafter referred to as hydraulic pump, is torque-coupled to this, via which at least one hydraulic power converter of the drive can be supplied with pressure medium in the open or closed hydraulic circuit. The at least one hydraulic pump can be designed with a constant or adjustable displacement volume. The at least one power converter can be designed in a translatory manner—for example as a hydraulic cylinder—or in a rotary manner—for example as a hydraulic machine, in particular a hydraulic motor. It too can be designed with a constant or adjustable displacement volume. The hydraulic pump, the hydraulic motor can be designed, for example, as an axial piston machine with a swash plate or bent axis design. A torque of the hydraulic machine can change depending on a request directed at the hydraulic machine - for example a request signal that results in an adjustment of its displacement volume - or the torque changes depending on a request directed at the power converter or because its load changes. In order to maintain a target speed of the internal combustion engine, in particular a predetermined one, despite possible changes in the requirement(s) or load(s), the method has a step “regulating the speed depending on the target speed” via the electronic control unit. In addition, there is a step “detection of the request and/or the load”, in particular via an electronic detection unit of the drive.
Erfindungsgemäß hat das Verfahren einen Schritt „Ermitteln einer Soll-Abweichung der Drehzahl von der Soll-Drehzahl“. Die Ermittlung der Soll-Abweichung erfolgt dabei in Abhängigkeit der elektronisch erfassten Anforderung(en) und/oder Last(en) (im Folgenden aus Gründen der Übersichtlichkeit Anforderung/Last).According to the invention, the method has a step “determining a target deviation of the speed from the target speed”. The target deviation is determined as a function of the electronically recorded requirement(s) and/or load(s) (hereinafter, for reasons of clarity, requirement/load).
In anderen Worten wird eine von der vorbestimmten Soll-Drehzahl abweichende, neue, vorzugsweise temporäre, Soll-Drehzahl ermittelt, die dann in die Regelung der Drehzahl eingeht. Erfindungsgemäß wird dabei ausgenutzt, dass bei dem gattungsgemäßen Antrieb zwischen der elektronischen Erfassung der Anforderung/Last und der Erfassung der daraus resultierenden Drehzahländerung (Drückung bei ansteigender Anforderung/Last, Überdrehen bei abfallender Anforderung/Last) eine Totzeit liegen kann, die im trägen Verhalten hydraulischer Stellglieder begründet ist. Durch die erfindungsgemäß in Echtzeit mit der erfassten Anforderung/Last veränderten Soll-Drehzahl und die damit verbundene, veränderte Einspritzung wird das innere Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine etwa um eine der Totzeit entsprechenden Zeitspanne früher auf die erfasste und damit kommende Anforderung/Last vorbereitet. So kann erfindungsgemäß Einfluss auf die Dauer der Regelabweichung und deren Betrag genommen werden.In other words, a new, preferably temporary, target speed that deviates from the predetermined target speed is determined, which then goes into controlling the speed. According to the invention, use is made of the fact that in the generic drive between the electronic detection of the request/load and the detection of the resulting speed change (depression with increasing request/load, overspeeding with decreasing request/load) there can be a dead time, which results in the sluggish behavior of hydraulic actuators is justified. Due to the setpoint speed changed according to the invention in real time with the detected requirement/load and the associated modified injection, the internal torque of the internal combustion engine is prepared earlier for the detected and thus upcoming requirement/load by a period of time corresponding to the dead time. Thus, according to the invention, the duration of the control deviation and its amount can be influenced.
Die Ermittlung der Soll-Abweichung erfolgt in einer Weiterbildung derart, dass ein Betrag und/oder eine Dauer einer Regelabweichung, der/die beim Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit der Summe aus Soll-Drehzahl und Soll-Abweichung auftritt/auftreten geringer ist/sind als wenn das Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit allein der Soll-Drehzahl - also ohne Soll-Abweichung - erfolgt. So kann die Dauer der Regelabweichung und deren Betrag noch gezielter verringert werden.In a further development, the setpoint deviation is determined in such a way that the amount and/or duration of a control deviation that occurs when the speed is controlled as a function of the sum of the setpoint speed and the setpoint deviation is/are less than if the speed is controlled as a function of the target speed alone - i.e. without a target deviation. In this way, the duration of the control deviation and its amount can be reduced in an even more targeted manner.
Die Soll-Abweichung wird vorzugsweise vorzeichenbehaftet ermittelt und weist beispielsweise ein positives Vorzeichen auf, wenn die Anforderung/Last ansteigt, wohingegen sie ein negatives Vorzeichen aufweist, wenn die Anforderung/Last abfällt. The target deviation is preferably determined with a sign and has a positive sign, for example, if the requirement/ Load increases, whereas it has a negative sign when the demand/load decreases.
Die Summe aus Soll-Drehzahl und Soll-Abweichung ist also bei ansteigender Anforderung/Last größer als die vorbestimmte Soll-Drehzahl. So wird die Drückung der Drehzahl durch die Last oder Anforderung abgeschwächt und ihre Dauer verringert. Bei abfallender Anforderung/Last hingegen, ist die Summe aus Soll-Drehzahl und Soll-Abweichung kleiner als die vorbestimmte Soll-Drehzahl. So wird das Überdrehen der Drehzahl durch die abnehmende Last oder Anforderung abgeschwächt und dessen Dauer verringert.The sum of the target speed and the target deviation is therefore greater than the predetermined target speed when the requirement/load increases. Thus, the speed depression caused by the load or demand is mitigated and its duration is reduced. On the other hand, if the requirement/load falls, the sum of the setpoint speed and setpoint deviation is less than the predetermined setpoint speed. In this way, the speed over-revving caused by the decreasing load or demand is mitigated and its duration is reduced.
Die Anforderung an die Hydromaschine kann beispielsweise ein Soll-Verdrängungsvolumen, ein Soll-Druckmittelvolumenstrom oder ein Soll-Drehmoment sein. Die Anforderung an den oder die Leistungswandler kann eine jeweilige Soll-Geschwindigkeit, eine Soll-Beschleunigung oder ein Soll-Drehmoment sein. Wobei die Last eine zu haltende Masse, eine zu beschleunigende Masse, eine Änderung eines Fahruntergrundes, wie beispielsweise eine Neigungsänderung, oder ein Lastdruck oder dergleichen ist.The demand on the hydraulic machine can be, for example, a target displacement volume, a target pressure medium volume flow or a target torque. The demand on the power converter or converters can be a respective desired speed, a desired acceleration or a desired torque. Wherein the load is a mass to be held, a mass to be accelerated, a change in a driving surface such as a change in inclination, or a load pressure, or the like.
Um den Einfluss eines Signalrauschens und einer darauf basierend fehlerhaft oder unnötigerweise ermittelte Soll-Abweichung zu verhindern, weist das Verfahren in einer Weiterbildung einen Schritt „Filtern eines Anforderungssignals und/oder Lastsignals“ auf.In order to prevent the influence of signal noise and a target deviation that is incorrectly or unnecessarily determined based thereon, the method has a step “filtering a request signal and/or load signal” in a further development.
Die neue, vorzugsweise temporäre Soll-Drehzahl geht in einer Weiterbildung des Verfahrens durch einen Schritt „Übersteuern der vorbestimmten Soll-Drehzahl mit der Summe aus vorbestimmter Soll-Drehzahl und Soll-Abweichung“ in die Regelung ein.In a further development of the method, the new, preferably temporary target speed is included in the regulation by a step “overriding the predetermined target speed with the sum of the predetermined target speed and target deviation”.
Die Übersteuerung der vorbestimmten Soll-Drehzahl darf nicht bei einem oszillierenden Anforderungs- oder Lastsignal und auch nicht bei zu kleinen Änderungen des Anforderungs- oder Lastsignals erfolgen. Ein Maß für ein mögliches Oszillieren ist dabei ein vergleichsweise steiles Ansteigen und Abfallen des erfassten Signals, insbesondere bei gleichzeitig vergleichsweise kleiner Amplitude oder Auslenkung des jeweiligen Signals. In einer Weiterbildung des Verfahrens ist daher ein Schritt „Ermitteln einer Auslenkung und/oder eines Gradienten der Anforderung und/oder Last, oder des jeweiligen Signals“ vorgesehen. Auch diese Ermittlung erfolgt aus genannten Gründen vorzugsweise auf Basis des oder der gefilterten Signale der Anforderung und/oder Last.The predetermined set speed must not be overridden in the event of an oscillating demand or load signal or if the changes in the demand or load signal are too small. A measure of a possible oscillation is a comparatively steep rise and fall of the detected signal, in particular when the amplitude or deflection of the respective signal is comparatively small at the same time. In a development of the method, a step “determining a deflection and/or a gradient of the requirement and/or load, or of the respective signal” is therefore provided. For the reasons mentioned, this determination is also preferably carried out on the basis of the filtered signal(s) of the request and/or load.
Darauf basierend kann gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ein Schritt „Vergleichen der Auslenkung und/oder des Gradienten der Anforderung und/oder Last mit einer jeweiligen Referenz erfolgen“. Die Referenz für den Gradienten ist vorzugsweise als Anstiegsgeschwindigkeitsparameter, jeweils individuell für eine positive Auslenkung und für eine negative Auslenkung, im elektronischen Steuergerät vorbestimmt abgelegt und vorzugsweise individuell, beispielsweise für einen jeweiligen Maschinentyp einstellbar.Based on this, according to a development of the method, a step “comparing the deflection and/or the gradient of the requirement and/or load with a respective reference” can take place. The reference for the gradient is preferably stored in the electronic control unit as a rate of increase parameter, each individually for a positive deflection and for a negative deflection, in a predetermined manner and can preferably be set individually, for example for a particular machine type.
Falls die erfasste Auslenkung kleiner ist als ihre Referenz und/oder der Gradient steiler ist als seine Referenz, so wird von einer Oszillation des betreffenden Signals ausgegangen und es wird wenigstens einer der Schritte „Verzicht auf die Ermittlung der Soll-Abweichung“, „Unterdrücken des Übersteuerns“, „Setzen der Soll-Abweichung zu null“ oder „Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit allein der vorbestimmten Soll-Drehzahl“ oder dergleichen ausgeführt.If the deflection detected is smaller than its reference and/or the gradient is steeper than its reference, it is assumed that the signal in question is oscillating and at least one of the steps “waiver of determination of the target deviation”, “suppression of the Oversteering", "setting the target deviation to zero" or "regulating the speed solely as a function of the predetermined target speed" or the like is carried out.
Ist die Auslenkung hingegen größer und/oder der Gradient flacher als die betreffende Referenz, so kann davon ausgegangen werden, dass kein oszillierendes Signal vorliegt. Der vorgenannte Schritt „Übersteuern der Soll-Drehzahl mit der Summe aus der Soll-Drehzahl und der Soll-Abweichung“ wird dann ausgeführt.If, on the other hand, the deflection is greater and/or the gradient is flatter than the relevant reference, it can be assumed that there is no oscillating signal. The aforementioned step “overriding the target speed with the sum of the target speed and the target deviation” is then carried out.
Nicht nur die Soll-Abweichung, sondern auch deren zeitlicher Verlauf nimmt Einfluss auf die Regelabweichung und deren Dauer. In einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt daher ein Schritt „Ermitteln der Soll-Abweichung und/oder ihres Gradienten in Abhängigkeit der Auslenkung und/oder des Gradienten der Anforderung und/oder Last“.Not only the target deviation, but also its development over time influences the control deviation and its duration. In a further development of the method, a step “determining the setpoint deviation and/or its gradient as a function of the deflection and/or the gradient of the requirement and/or load” therefore takes place.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist die Soll-Abweichung über das Steuergerät begrenzbar, vorzugsweise mittels einer Sättigung, sodass übermäßige Abweichungen der Ist-Drehzahl vermieden werden können, die vom Bedienpersonal als eine störende Über- oder Unter-Drehzahl wahrnehmbar sind.In a development of the method, the setpoint deviation can be limited via the control device, preferably by means of saturation, so that excessive deviations in the actual speed can be avoided, which the operating personnel can perceive as a disruptive overspeed or underspeed.
Um zu hohe Summen aus vorbestimmter Drehzahl und anforderungs-/lastabhängig ermittelter Soll-Abweichung zu vermeiden, die auf nicht realisierbaren Anforderungen, insbesondere Soll-Drehmoment-Anforderungen, basieren, weist das Verfahren in einer Weiterbildung einen Schritt „Ermitteln eines Minimums aus einer verfügbaren Leistung, insbesondere einem verfügbaren Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine und der Leistungs-, insbesondere Drehmoment-Anforderung“ auf. Der Schritt „Ermitteln der Soll-Abweichung zur insbesondere vorbestimmten Soll-Drehzahl“ erfolgt dann in Abhängigkeit des ermittelten Minimums.In order to avoid excessive sums of the predetermined speed and the requirement/load-dependent target deviation, which are based on unrealizable requirements, in particular target torque requirements, the method has a step “determining a minimum from an available power , in particular an available torque of the internal combustion engine and the performance, in particular torque requirement”. The step “determining the target deviation from the particularly predetermined target speed” then takes place as a function of the determined minimum.
Ist die Anforderung eine Soll-Leistung oder ein Soll-Drehmoment so kann eine Begrenzung durch einen Schritt „Begrenzen der Leistungs-Anforderung oder Drehmoment-Anforderung durch Begrenzen des Soll-Drehmomentes auf ein Grenz-Drehmoment“ erfolgen. Die Ermittlung des Grenz-Drehmomentes kann vorzugsweise modellbasiert erfolgen.If the requirement is a target power or a target torque, a limitation can be carried out by a step “Limiting the power requirement or torque requirement by limiting the target torque to a limit torque”. The limit torque can preferably be determined on the basis of a model.
Hierzu ist in einer Weiterbildung im Steuergerät wenigstens ein statisches oder dynamisches oder zumindest teildynamisches Modell der Verbrennungskraftmaschine eingerichtet, über das ein für die wenigstens eine Hydromaschine oder den wenigstens einen Leistungswandler aktuell angefordertes Soll-Drehmoment auf ein Grenz-Drehmoment begrenzbar ist. Das Soll-Drehmoment ist beispielsweise von einem Bedienpersonal, beispielsweise mittels Auslenkung eines Bedienelementes des Antriebes (Joystick), oder von einer Maschinensteuerung anforderbar.For this purpose, in a further development, at least one static or dynamic or at least partially dynamic model of the internal combustion engine is set up in the control unit, via which a target torque currently requested for the at least one hydraulic machine or the at least one power converter can be limited to a limit torque. The setpoint torque can be requested, for example, by an operator, for example by deflecting an operating element of the drive (joystick), or by a machine controller.
Das Modell kann ein dynamisches Teilmodell der Verbrennungskraftmaschine aufweisen, über das zumindest in Abhängigkeit der Ist-Drehzahl und der Belastung der Verbrennungskraftmaschine das von dieser zu einem zukünftigen Zeitpunkt, also einem minimal späteren als dem aktuellen Zeitpunkt, bereitstellbare innere Drehmoment ermittelbar ist. In Abhängigkeit von diesem ist dann wiederum das genannte Grenz-Drehmoment ermittelbar.The model can have a dynamic partial model of the internal combustion engine, via which the internal torque that can be provided by the internal combustion engine at a future point in time, i.e. a minimally later than the current point in time, can be determined at least as a function of the actual speed and the load on the internal combustion engine. The specified limit torque can then in turn be determined as a function of this.
Diese modellbasierte Abbildung der dynamischen Entwicklung des inneren Drehmomentes der Verbrennungskraftmaschine stellt die Ausnutzung der maximal möglichen Leistung bei gewünschter Soll-Drehzahl sicher, ohne unerwünschte Drehzahleinbrüche. Dies ist vor allem bei genannten Dieselmotoren ab Stufe Tier4 interim vorteilhaft, da diese oft über eine nur geringe Drehmomentenreserve und strikte Vorgaben bezüglich der erlaubten Drehzahl-Drückung verfügen und dadurch eine genaue und stabile Leistungslimitierung der Hydromaschine und/oder der Leistungswandler, beziehungsweise Leistungsabnehmer erforderlich ist.This model-based depiction of the dynamic development of the internal torque of the internal combustion engine ensures the utilization of the maximum possible power at the desired target speed without undesired speed drops. This is particularly advantageous for the above-mentioned diesel engines from
In einer Weiterbildung ist über das Steuergerät das Grenz-Drehmoment als Führungsgröße für die Limitierung der Leistungsaufnahme der Hydromaschine oder des oder der Leistungswandler ermittelbar. Alternativ kann eine solche Führungsgröße über das Steuergerät aus dem Grenz-Drehmoment ermittelt werden. Insbesondere ist dies der Fall, wenn mehrere Hydromaschinen angetrieben werden oder mehrere Leistungswandler von der oder den Hydromaschinen mit Druckmittel versorgt werden. Dann muss das ermittelte Grenz-Drehmoment über das Steuergerät zunächst auf die Hydromaschinen und/oder Leistungswandler „verteilt“ werden, es wird also pro Hydromaschine oder pro Leistungswandler ein individuelles Grenz-Drehmoment ermittelt. In Abhängigkeit der jeweiligen Führungsgröße ist dann die jeweilige Hydromaschine/ der jeweilige Leistungswandler steuerbar, insbesondere vorsteuerbar, um ihre/seine Leistungsaufnahme zu begrenzen. Durch eine derartige Vorsteuerung kann eine Regelung der Leistungsaufnahme der betreffenden Hydromaschine/des betreffenden Leistungswandlers minimiert oder sogar überflüssig werden.In one development, the limit torque can be determined via the control unit as a reference variable for limiting the power consumption of the hydraulic machine or of the power converter(s). Alternatively, such a command variable can be determined from the limit torque via the control unit. In particular, this is the case when several hydraulic machines are driven or several power converters are supplied with pressure medium by the hydraulic machine or machines. The limit torque determined must then first be “distributed” to the hydraulic machines and/or power converters via the control unit, i.e. an individual limit torque is determined for each hydraulic machine or per power converter. Depending on the respective command variable, the respective hydraulic machine/the respective power converter can then be controlled, in particular pilot-controlled, in order to limit its power consumption. A control of the power consumption of the relevant hydraulic machine/the relevant power converter can be minimized or even superfluous by such a pre-control.
Zur konkreten Ansteuerung der betreffenden Hydromaschine/des betreffenden Leistungswandlers ist in einer Weiterbildung über das Steuergerät ein Sollwert einer Stellgröße der betreffenden Hydromaschine/des betreffenden Leistungswandlers ermittelbar, von der deren/dessen Drehmoment abhängt. Im Falle einer volumenverstellbaren Hydromaschine oder eines derart ausgebildeten Leistungswandlers ist eine solche Stellgröße beispielsweise das Verdrängungsvolumen.For the specific control of the relevant hydraulic machine/the relevant power converter, in one development, a setpoint value of a manipulated variable of the relevant hydraulic machine/the relevant power converter can be determined via the control unit, on which its torque depends. In the case of a volume-adjustable hydraulic machine or a power converter designed in this way, such a manipulated variable is, for example, the displacement volume.
In einer Weiterbildung hat das Steuergerät ein erstes statisches, stationäres oder quasistationäres Teilmodell, insbesondere ein Kennfeld, über das ein erstes aktuell maximal erlaubtes Drehmoment, insbesondere in Abhängigkeit zumindest der aktuellen Drehzahl und Belastung, insbesondere des aktuellen inneren Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine, ermittelbar ist.In a further development, the control unit has a first static, stationary or quasi-stationary partial model, in particular a characteristic map, via which a first currently maximum permitted torque can be determined, in particular as a function of at least the current speed and load, in particular the current internal torque of the internal combustion engine.
In einer Weiterbildung ist über das dynamische Teilmodell das zukünftig bereitstellbare Drehmoment in Abhängigkeit des ersten aktuell maximal erlaubten Drehmoments ermittelbar.In a further development, the torque that can be provided in the future can be determined via the dynamic partial model as a function of the first currently maximum permitted torque.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist über das dynamische Teilmodell das zukünftig bereitstellbare Drehmoment in Abhängigkeit des ersten aktuell maximal erlaubten Drehmoments mittels einem Verzögerungsglied n-ter Ordnung, insbesondere zweiter Ordnung, ermittelbar. Vorzugsweise ist eine dynamische Rampenlimitierung vorgesehen.In a preferred development, the torque that can be provided in the future can be determined via the dynamic partial model as a function of the first currently maximum permitted torque by means of a delay element of the nth order, in particular of the second order. Dynamic ramp limitation is preferably provided.
Vorzugsweise ist Eingangssignalen der jeweiligen Modelle eine Glättung, insbesondere ein Filter, insbesondere mit PT-1 Charakteristik vorgeschaltet.Preferably, input signals of the respective models are preceded by smoothing, in particular a filter, in particular with a PT-1 characteristic.
In einer Weiterbildung hat das dynamische Teilmodell wenigstens einen über die Steuereinheit periodisch oder wiederkehrend aktualisierbaren Eingang, wobei das zukünftig bereitstellbare Drehmoment, insbesondere in gleichem Intervall, aktualisierbar ermittelbar ist. Vorzugsweise steht an diesem Eingang das erste aktuell maximal erlaubte Drehmoment an.In one development, the dynamic sub-model has at least one input that can be updated periodically or recurringly via the control unit, it being possible to determine the torque that can be provided in the future, in particular at the same interval, so that it can be updated. The first currently maximum permitted torque is preferably present at this input.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist über die Steuereinheit das erste aktuell maximal erlaubte Drehmoment über die Steuereinheit periodisch oder wiederkehrend aktualisierbar, vorzugsweise mit der gleichen Periode oder zu den gleichen Aktualisierungszeitpunkten wie der Eingang des dynamischen Teilmodells.In a preferred development, the first currently maximum permitted torque is periodically or via the control unit can be updated repeatedly, preferably with the same period or at the same update times as the input of the dynamic part model.
In einer Weiterbildung ist die genannte Verzögerung änderbar oder variabel vorgesehen, insbesondere von einem aktuellen Zeitpunkt zu einem zukünftigen oder von einer Aktualisierung zu einer nächsten.In a further development, the mentioned delay is changeable or variable, in particular from a current point in time to a future point in time or from one update to the next.
In einer Weiterbildung weist das Modell ein zweites statisches Teilmodell eines zweiten aktuell maximal erlaubten Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit einer aktuellen Temperatur, ein drittes statisches Teilmodell, insbesondere einer Drehmomenthüllkurve, eines dritten maximal erlaubten Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit der aktuellen Drehzahl, und/oder ein Referenz-Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine auf, in Abhängigkeit von dem oder denen das zukünftig bereitstellbare Drehmoment aufs Grenz-Drehmoment begrenzbar ist.In a further development, the model has a second static partial model of a second currently maximum permitted torque of the internal combustion engine depending on a current temperature, a third static partial model, in particular a torque envelope, a third maximum permitted torque of the internal combustion engine depending on the current speed, and/or a Reference torque of the internal combustion engine, depending on which or which the future available torque can be limited to the limit torque.
In einer Weiterbildung ist über die Steuereinheit in Abhängigkeit von insbesondere über CAN-Bus/J1939 bereitstellbaren Informationen der Verbrennungskraftmaschine ein aktuell theoretisch maximal nutzbares Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine ermittelbar ist.In a development, a currently theoretically maximum usable drive torque of the internal combustion engine can be determined via the control unit as a function of information from the internal combustion engine that can be made available in particular via CAN bus/J1939.
In einer Weiterbildung ist eine Kombinationseinrichtung vorgesehen, über die in Abhängigkeit des begrenzten oder unbegrenzten, zukünftig bereitstellbaren Drehmoments und des aktuell theoretisch maximal nutzbaren Antriebsmoments ein Hybrid-Drehmoment ermittelbar ist.In one development, a combination device is provided, via which a hybrid torque can be determined as a function of the limited or unlimited torque that can be provided in the future and the currently theoretically maximum usable drive torque.
In einer Weiterbildung ist eine Auswahleinrichtung vorgesehen, über die das begrenzte oder unbegrenzte, zukünftig bereitstellbare Drehmoment, das aktuell theoretisch maximal nutzbare Antriebsmoment und das Hybrid-Drehmoment einzeln auswählbar ist, wobei in Abhängigkeit der Auswahl das Grenz-Drehmoment ermittelbar ist.In one development, a selection device is provided, via which the limited or unlimited torque that can be provided in the future, the currently theoretically maximum usable drive torque and the hybrid torque can be individually selected, with the limit torque being able to be determined depending on the selection.
In einer Weiterbildung ist eine Summationseinrichtung vorgesehen, über die eine Summe aus der Auswahl und einem anforderbaren oder abgebbaren Drehmoment wenigstens eines nebengeordneten Leistungswandlers und/oder einem Drehmoment eines Schwungmassenmodells der Verbrennungskraftmaschine bildbar ist.In one development, a summation device is provided, via which a sum can be formed from the selection and a requestable or deliverable torque of at least one secondary power converter and/or a torque of a flywheel mass model of the internal combustion engine.
In einer Weiterbildung ist eine Überlastungsschutzeinrichtung für die Verbrennungsmaschine vorgesehen, über die das Grenz-Drehmoment auf ein reduziertes Grenz-Drehmoment derart reduzierbar ist, dass die zulässige Drückung unterschritten ist.In a further development, an overload protection device is provided for the internal combustion engine, via which the limit torque can be reduced to a reduced limit torque in such a way that the permissible pressure is not reached.
Vorzugsweise weist die Überlastungsschutzeinrichtung einen PI-Regler auf und die zulässige Drückung der Verbrennungskraftmaschine ist jeweils separat für einen P-Regleranteil und für einen I-Regleranteil des PI-Reglers, in Abhängigkeit einer Soll-Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine verfügbar.Preferably, the overload protection device has a PI controller and the permissible deceleration of the internal combustion engine is available separately for a P controller component and for an I controller component of the PI controller, depending on a setpoint speed of the internal combustion engine.
In einer Weiterbildung ist der PI-Regler in Abhängigkeit der aktuellen Belastung, insbesondere des aktuellen Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine aktivierbar, beziehungsweise deaktivierbar, damit eine erste Belastung der Verbrennungskraftmaschine möglich ist und die Leistungswandler, -abnehmer möglichst dynamisch beschleunigen zu können.In a further development, the PI controller can be activated or deactivated depending on the current load, in particular the current torque of the internal combustion engine, so that an initial load on the internal combustion engine is possible and the power converters and consumers can be accelerated as dynamically as possible.
In einer Weiterbildung hat ein I-Regleranteil des PI-Reglers Regelparameter, die von einem Gradienten der aktuellen Drehzahl abhängig sind oder einstellbar sind. Die unterschiedlichen Regelparameter ermöglichen so, je nach Drehzahländerungsrichtung, eine Reduzierung des Soll-Drehmomentes ohne Schwingungen, bei kontinuierlicher, maximal möglicher Belastung der Verbrennungskraftmaschine.In one development, an I controller component of the PI controller has control parameters that are dependent on a gradient of the current speed or that can be set. Depending on the direction of speed change, the different control parameters enable a reduction of the target torque without oscillations, with continuous, maximum possible load on the internal combustion engine.
In einer Weiterbildung ist die Überlastungsschutzeinrichtung bei einer Leerlaufdrehzahl inaktivierbar oder inaktiv und oberhalb einer aktuellen Soll-Drehzahl aktivierbar oder aktiv.In one development, the overload protection device can be deactivated or inactive at an idle speed and can be activated or active above a current target speed.
Ein Antrieb für eine mobile Arbeitsmaschine hat ein elektronisches Steuergerät und eine von diesem gemäß einer Soll-Drehzahl regelbare Verbrennungskraftmaschine und eine mit dieser drehmomentgekoppelten Hydromaschine, über die wenigstens ein hydraulischer Leistungswandler des Antriebes mit Druckmittel versorgbar ist. Ein Drehmoment der Hydromaschine ist in Abhängigkeit einer an sie gerichteten Anforderung und/oder einer an den Leistungswandler gerichteten Anforderung änderbar oder ändert sich in Abhängigkeit einer Last insbesondere des Leistungswandlers. Im Steuergerät ist dabei ein Verfahren, das gemäß wenigstens einem Aspekt der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet ist, zur Ausführung gespeichert. Dabei ist das Steuergerät erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass darüber eine Soll-Abweichung der Drehzahl von einer im Steuergerät vorbestimmt abgelegten Soll-Drehzahl in Abhängigkeit der elektronisch erfassten Anforderung und/oder Last, derart ermittelbar ist, dass ein Betrag und/oder eine Dauer einer Regelabweichung bei einem Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit einer Summe aus der vorbestimmten Soll-Drehzahl und der Soll-Abweichung geringer ist oder sind als bei einem Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit allein der vorbestimmten Soll-Drehzahl.A drive for a mobile working machine has an electronic control unit and an internal combustion engine that can be controlled by this according to a target speed and a hydraulic machine torque-coupled to this, via which at least one hydraulic power converter of the drive can be supplied with pressure medium. A torque of the hydraulic machine can be changed as a function of a request directed at it and/or a request directed at the power converter or changes as a function of a load, in particular of the power converter. In this case, a method, which is designed according to at least one aspect of the preceding description, is stored in the control unit for execution. The control unit is designed according to the invention in such a way that a target deviation of the speed from a target speed stored in a predetermined manner in the control unit as a function of the electronically recorded request and/or load can be determined in such a way that an amount and/or a duration of a control deviation when the speed is regulated as a function of a sum of the predetermined desired speed and the desired deviation is or are lower than when the speed is regulated solely as a function of the predetermined desired speed.
Im Folgenden wird je ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und Antriebes in Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Antrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel, -
2 ein Verfahren zum Steuern des Antriebes gemäß1 , gemäß einem Ausführungsbeispiel, -
3 ein stark vereinfachtes Block-Schema einer Variante des Antriebes gemäß1 , -
4 ein Schema einer Steuereinheit des Antriebes gemäß1 , -
5 ein Schema eines in der Steuereinheit abgelegten Modells zur Ermittlung einer Drehmomentgrenze der Verbrennungskraftmaschine als Führungsgröße für die angetriebene Hydromaschine oder die davon druckmittelversorgten Leistungswandler, -
6 ein statisches Eingangsmodell des dynamischen Modells gemäß3 , -
7 ein Diagramm eines zukünftig von der Verbrennungskraftmaschine bereitstellbaren Drehmoments in Abhängigkeit eines aktuell erlaubten Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine, -
8 eine Kombinationslogik zur Verrechnung statischer und dynamischer Teilmodelle, -
9 ein Schema einer Überlastungsschutzeinrichtung der Verbrennungsmaschine, und -
10 ein Diagramm mit zeitabhängigen Verläufen von Betriebsgrößen der Verbrennungskraftmaschine und eines als Hydropumpe ausgebildeten Leistungswandlers ohne und mit eingreifender Soll-Drehzahl Übersteuerung.
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1 a drive according to an embodiment, -
2 according to a method for controlling thedrive 1 , according to one embodiment, -
3 according to a greatly simplified block diagram of a variant of thedrive 1 , -
4 according to a scheme of a control unit of thedrive 1 , -
5 a diagram of a model stored in the control unit for determining a torque limit of the internal combustion engine as a reference variable for the driven hydraulic machine or the power converters supplied with pressure medium, -
6 a static input model according to thedynamic model 3 , -
7 a diagram of a future torque that can be provided by the internal combustion engine as a function of a currently permitted torque of the internal combustion engine, -
8th a combination logic for calculating static and dynamic partial models, -
9 a schematic of an overload protection device of the internal combustion engine, and -
10 a diagram with time-dependent curves of operating variables of the internal combustion engine and a power converter designed as a hydraulic pump with and without oversteering the setpoint speed.
Gemäß
Der Verbrennungskraftmaschine 2 ist ein Steuergerät 3 zugeordnet, das mit einer Steuereinheit 8, welche der Hydromaschine 4 und den (nicht dargestellten) Leistungswandler zugeordnet ist, signalverbunden ist. Über das Steuergerät wird eine Einspritzung des Kraftstoffs in Abhängigkeit einer darin vorbestimmt abgelegten Soll-Drehzahl nNsoll gesteuert.The
Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt dabei im Zuge der Regelung der Drehzahl n der Verbrennungskraftmaschine 2 in Abhängigkeit der vorbestimmten Soll-Drehzahl nNsoll, der erfassten Ist-Drehzahl nist und erfindungsgemäß in Abhängigkeit der erfassten oder ermittelten Last des wenigstens einen Leistungswandlers, der erfassten oder ermittelten Anforderung an den wenigstens einen Leistungswandler und/oder der erfassten oder ermittelten Anforderung an die wenigstens eine Hydromaschine 4. Letztgenannte wird im Antrieb insbesondere über eine im Ausführungsbeispiel als Joystick ausgestaltete Erfassungseinheit 7 erfasst.The fuel is injected as part of the regulation of the speed n of the
Fortwährend erfolgt dabei der Schritt 100 „Erfassen der Anforderung Msoll“. Die Anforderung resultiert im Ausführungsbeispiel aus einer Auslenkung des Joystick 7 gemäß
Ebenfalls fortwährend erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren gemäß
Das gefilterte Anforderungssignal Msoll wird im folgenden Schritt 104 auf seine Auslenkung ΔMsoll und/oder seine Anstiegsgeschwindigkeit, das heißt seinen zeitlichen Gradienten dMsoll/dt, untersucht. In the following
Die ermittelte Auslenkung ΔMsoll und/oder der Gradient dMsoll/dt werden dann im Schritt 106 mit einer jeweiligen Referenz ΔMRsoll und/oder dMRsoll/dt verglichen, mit dem Ziel die Ermittlung einer Soll-Abweichung zu verhindern, falls das Anforderungssignal oszillierend ist, also vielmehr auf einer Störung basiert, als auf einer realen Anforderung. Erweist sich dabei die Auslenkung ΔMsoll kleiner als ihre Referenz ΔMRsoll und ist gleichzeitig der Gradient dMsoll/dt steiler als dessen Referenz dMRsoll/dt, wird von einem oszillierenden Signal ausgegangen und es wird in Folge keine Soll-Abweichung ermittelt. Stattdessen erfolgt die Drehzahlregelung weiterhin allein in Abhängigkeit der vorbestimmten Drehzahl nNsoll gemäß dem Schritt 108.The determined deflection ΔM set and/or the gradient dM set /dt are then compared in
Umgekehrt, wenn die Auslenkung ΔMsoll größer ist als ihre Referenz ΔMRsoll und gleichzeitig der Gradient dMsoll/dt flacher ist als seine Referenz dMRsoll/dt, kann gemäß dem Schritt 110 eine Soll-Abweichung ±ΔnTsoll zur Soll-Drehzahl nNsoll in Abhängigkeit der elektronisch erfassten Anforderung Msoll ermittelt werden. Erfindungsgemäß erfolgt diese Ermittlung derart, dass der Betrag und die Dauer einer Regelabweichung bei einem Regeln der Drehzahl n in Abhängigkeit einer Summe aus der vorbestimmten Soll-Drehzahl nNsoll und der ermittelten Soll-Abweichung ±ΔnTsoll geringer sind als bei herkömmlichem Regeln der Drehzahl n in Abhängigkeit allein der Soll-Drehzahl nNsoll.Conversely, if the deflection ΔM set is greater than its reference ΔM Rset and at the same time the gradient dM set /dt is flatter than its reference dM Rset / dt, according to step 110 a set deviation ±Δn Tset to the set speed n Nset depending on the electronically recorded requirement M is to be determined. According to the invention, this determination is made in such a way that the amount and duration of a control deviation when the speed n is controlled as a function of a sum of the predetermined target speed n Nsetpoint and the determined target deviation ±Δn Tsetpoint are lower than with conventional control of the speed n depending solely on the setpoint speed n Nsoll .
Auf Basis der ermittelten Soll-Abweichung ±ΔnTsoll erfolgt im Schritt 112 das Übersteuern der vorbestimmten Soll-Drehzahl nNsoll mit der Summe aus der vorbestimmten Soll-Drehzahl nNsoll und der Soll-Abweichung ±ΔnTsoll. Die Summe stellt dann die temporär geltende, neue Soll-Drehzahl nsoll' dar.Based on the determined setpoint deviation ±Δn Tsetpoint , in step 112 the predetermined setpoint speed n Nsetpoint is overridden with the sum of the predetermined setpoint speed n Nsetpoint and the setpoint deviation ±Δn Tsetpoint . The sum then represents the temporary, new set speed n set ' .
Die Regelung der Drehzahl n erfolgt dann im Schritt 108`, immer noch in Abhängigkeit der vorbestimmten Drehzahl nNsoll, welche allerdings erfindungsgemäß um die Soll-Abweichung ±ΔnTsoll verändert ist.The speed n is then controlled in step 108', still as a function of the predetermined speed n Nsetpoint , which, however, according to the invention is changed by the setpoint deviation ±Δn Tsetpoint .
Ziel der beschriebenen Soll-Drehzahl-Übersteuerung ist, die Reaktionszeit der Verbrennungskraftmaschine 2 zu verringern, indem diese durch die Übersteuerung der im Steuergerät 3 vorbestimmt abgelegten Soll-Drehzahl nNsoll mit der Soll-Abweichung ±Δnsoll auf die kommende ansteigende oder wegfallende Last vorbereitet wird. Insbesondere Tier4/Euro5 Verbrennungsmotoren (ICE) erhöhen ihr inneres Drehmoment nur, wenn eine Drehzahlabweichung auftritt. Bei ansteigender Anforderung oder Last sinkt bei noch gleicher Einspritzung die Ist- oder aktuelle Drehzahl nist oder nakt unter die vorbestimmte Soll-Drehzahl nNsoll. In Folge wird über die Regelung mehr Kraftstoff in die Verbrennung eingespritzt und der Ladedruck und damit das innere Drehmoment wird erhöht, was in Folge zum Ausregeln der Regelabweichung der Drehzahl führt. Das Provozieren dieser Drehzahlabweichung durch Belastung der Verbrennungskraftmaschine 2 durch die Leistungsaufnahme der Hydromaschine 4 (Ausschwenken des Schwenkwinkels α des als Hydropumpe ausgestalteten Leistungswandlers 4) führt bei herkömmlicher Vorgehensweise - das heißt wenn keine Übersteuerung der vorbestimmten Soll-Drehzahl nNsoll erfolgt - zur gegenüber der Anforderung oder dem Anforderungssprung Msoll verzögerten Leistungsbereitstellung Lakt (vgl.
Um diese Verzögerung zu verringern oder zu vermeiden, wird mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß
Die Soll-Drehzahl-Übersteuereinrichtung kann anstatt im Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine natürlich in einer anderen Steuereinheit des Antriebes angeordnet sein, beispielsweise in der Steuereinheit 8.The setpoint speed override device can, of course, be located in another control unit of the drive, for example in control unit 8, instead of in the control unit of the internal combustion engine.
Die Soll-Drehzahl nsoll wird erfindungsgemäß über ihren normalen/vorbestimmten Betriebswert nNsoll hinaus erhöht (herkömmliche Waagrechte in
Der Betrag der positiven Soll-Abweichung +Δn ist im Ausführungsbeispiel von der Höhe des Anforderungssprungs also der Höhe des angeforderten Drehmoments Msoll abhängig (erste Ableitung des Gesamtdrehmomentbedarfs der direkt von der Verbrennungskraftmaschine 2 angetriebenen Hydromaschine 4). Über die Soll-Drehzahl-Übersteuereinrichtung 18 wird die positive Soll-Abweichung +Δn ermittelt und zur vorbestimmten Soll-Drehzahl nNsoll addiert. Mit der so ermittelten neuen Soll-Drehzahl nsoll' wird die vorbestimmte Soll-Drehzahl nNsoll temporär übersteuert.In the exemplary embodiment, the amount of the positive setpoint deviation +Δn is dependent on the level of the step in the requirement, ie the level of the requested torque M setpoint (first derivation of the total torque requirement of the
Um eine Soll-Abweichungen +Δn zu vermeiden, die auf einer nicht realisierbaren, Anforderung oder einem nicht realisierbaren Anforderungssprung basiert, kann ein Minimum aus dem verfügbarem Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine 2 und dem angefordertem Drehmoment Msoll gewählt.In order to avoid a setpoint deviation +Δn, which is based on a requirement that cannot be realized or a requirement jump that cannot be realized, a minimum of the available torque of the
Sollte die Drehmoment-Anforderung größer als das verfügbare Drehmoment sein, so kann, insbesondere über die Steuereinheit 8, insbesondere über den Leistungsmanager 20, eine an die Hydromaschinen 4 gerichtete Volumenstromanforderung auf das in den
Um eine stabile positive Soll-Abweichung +Δn zu gewährleisten, kann die in die Soll-Drehzahl-Übersteuereinrichtung 18 eingehende Anforderung gefiltert werden.In order to ensure a stable, positive setpoint deviation +Δn, the request coming into the setpoint
Um eine Anpassungsfähigkeit der Funktion an andere Verbrennungskraftmaschinen mit unterschiedlicher Dynamik eines Luftaufladungssystems zu gewährleisten, ist vorzugsweise ein Skalierungsfaktor als P-Anteil vorgesehen.In order to ensure that the function can be adapted to other internal combustion engines with different dynamics of an air charging system, a scaling factor is preferably provided as a P component.
Das Grenz-Drehmoment MMdl Grenz geht gemäß
Die Steuereinheit 8 hat einen Leistungsmanager 20, um das mittels der Drehmomentermittlungseinrichtung 14 und der Überlastungsschutzeinrichtung 16 ermittelte, reduzierte Grenz-Drehmoment MMdl Grenz red auf die Leistungsteilnehmer 4, 6 zu distribuieren. Ohne die zuvor erwähnte, optionale Überlastungsschutzeinrichtung 16 würde am Leistungsmanager 20 das Grenz-Drehmoment MMdl Grenz als Eingangsgröße anstehen.The control unit 8 has a
Eingangsseitig weist die Drehmomentermittlungseinrichtung 14 zwei Abschnitte oder Teilmodelle 26, 28 auf. Ein erstes Teilmodell 26 dient gemäß
Im Ausführungsbeispiel gemäß
Die Ergebnisse der beiden letztgenannten Vergleiche werden gemäß
Grundlegend ist das modellbasiert ermittelte, verfügbare Drehmoment MMdl des Teilmodells 28 gemäß
Um auf diese unterschiedlichen Startbedingungen flexibel reagieren zu können, gehen die beiden Drehmomente Makt th max nutz und MMdl, sowie das daraus über die Kombinationseinrichtung 30 gemäß
Wird in der Auswahleinrichtung 32 das modellbasiert ermittelte Drehmoment MMdl in einer Beschleunigungsphase der Leistungswandler 4, 6 ausgewählt, ergibt sich eine gewisse Drehmomentreserve im ICE. Dies ist gewollt, da eine stabile und gleichmäßige Bewegungsgeschwindigkeit bei maximal möglicher Dynamik wichtiger ist, als eine maximale Leistungsaufnahme.If the torque M Mdl determined on the basis of a model is selected in the
Das in der Auswahleinrichtung 32 ausgewählte Drehmoment, sei es nun Makt th max nutz, MMdl oder MHyb, geht in eine im Ausführungsbeispiel optionale Summationseinrichtung 34 gemäß
Das Diagramm gemäß
Zu einem Zeitpunkt t1 wird mittels dem in der Steuereinheit 8 abgelegten Kennfeld gemäß
Das Drehmoment MMdl stat akt max 1, t1 stellt zum Zeitpunkt t1 den Eingang ins dynamische Teilmodell 18 dar. Mittels dessen PT-2 Charakteristik und einer Rampenlimitierung wird in Abhängigkeit des Eingangssignals MMdl stat akt max 1 der zeitliche Verlauf des zukünftig bereitstellbaren Drehmoments MMdl dyn, t1 für Zeitpunkte nach t1 ermittelt. Gut zu erkenn ist dabei, dass sich das zukünftig bereitstellbare Drehmoment MMdl dyn, t1 dem ersten aktuell erlaubten Drehmoment MMdl stat akt max 1, t1 mit einer PT-2 Charakteristik annähert und damit für alle Zeitpunkte vor dieser Annäherung kleiner ist als das erste aktuell erlaubte Drehmoment MMdl stat akt max 1, t1. Zum Zeitpunkt t2 erfolgt auf Basis aktualisierter Werte der aktuellen Drehzahl nakt und des aktuellen Belastungszustandes Makt gemäß J1939/SPN513 die Neuberechnung des Eingangssignals MMdl stat akt max 1, t2 und in Abhängigkeit davon des zukünftig bereitstellbaren Drehmoments MMdl dyn, t2, und so weiter. Über die Zeit (t1 bis tn) ergibt sich gesamthaft der Verlauf MMdl dyn.The torque M Mdl stat act max 1 , t1 represents the input into the
Diese periodisch aktualisierte Ermittlung erfolgt mit in der Steuereinheit 8 abgelegten, vorbestimmten Zeitabständen Δtcalc, so dass basierend auf den stets aktuell erfassten und über den CAN-Bus 10 übermittelten Informationen der Verbrennungskraftmaschine 2 die modellbasierte Momentengrenze MMdl dyn berechnet werden kann. Je größer dabei die Zeitabstände Δtcalc gewählt sind, umso treppenstufiger wird die resultierende Kennlinie MMdl dyn. Je öfter die Aktualisierung erfolgt, das heißt je kleiner die Zeitabstände Δtcalc sind und je öfter neue Informationen zur Verfügung stehen, umso glatter ist die resultierende Kennlinie MMdl dyn.This periodically updated determination takes place at predetermined time intervals Δt calc stored in control unit 8, so that the model-based torque limit M Mdl dyn can be calculated based on the information from
Das errechnete zukünftig bereitstellbares Drehmoment MMdl dyn kann gemäß
- - Für den Zustand das die Soll-Drehzahl nsoll von einer Leerlaufdrehzahl („idle“) wieder auf Betriebsdrehzahl hochdrehen soll, falls beispielsweise Bedienpersonal nach einer
Pause den Antrieb 1 wieder betreiben möchte: Durch die Rampenlimitierung dnsoll lim der Soll-Drehzahl nsoll greift die Funktion bei Erhöhung der Drehzahl n erst dann ein, wenn die Betriebsdrehzahl eingestellt wurde; - - Für den P- und den I-Regleranteil werden Soll-Drehzahl-abhängige, erlaubte Drehzahldrückungen Δnlim jeweils separat ermittelt;
- - Eine vom aktuellen Drehmoment Makt (J1939/SPN513, „Actual Engine Percent Torque“) abhängige Aktivierung des jeweiligen Regleranteils, damit eine erste Belastung der
Verbrennungskraftmaschine 2 erlaubt wird, um dynamisch die Leistungswandler beschleunigen zu können; - - Der I-Regler verfügt über unterschiedliche I-Anteile/Parameter, je nach Vorzeichen, beziehungsweise Richtung der Drehzahländerung, um die Reduzierung des GrenzDrehmoments MMdl Grenz auf das reduzierte Grenz-Drehmoment MMdl Grenz red ohne Schwingungen aber bei kontinuierlicher und maximal möglicher Belastung der
Verbrennungskraftmaschine 2 sicherzustellen.
- - For the state in which the setpoint speed n set is to be increased from an idle speed (“idle”) back to operating speed, if, for example, operating personnel want to operate
drive 1 again after a break: The ramp limitation dn set lim of the set speed n set if the speed n increases, the function intervenes only after the operating speed has been set; - - Permissible speed reductions Δnlim are determined separately for the P and I controller components;
- - A current torque M act (J1939/SPN513, "Actual Engine Percent Torque") dependent activation of the respective controller component, so that an initial load on the
internal combustion engine 2 is allowed in order to be able to dynamically accelerate the power converter; - - The I controller has different I components/parameters, depending on the sign or direction of the speed change, in order to reduce the limit torque M Mdl Grenz to the reduced limit torque M Mdl Grenz red without oscillations but with continuous and maximum possible load of the
internal combustion engine 2 to ensure.
Die Steuereinheit 8 in ihrer vollumfänglichen Ausgestaltung gemäß der Erfindung kombiniert unterschiedliche Teilmodelle, um sowohl den dynamischen, als auch den statischen oder stationären Be-, und Entlastungszustand der Verbrennungskraftmaschine 2 abzudecken. Darüber hinaus weist das beinhaltete Steuergerät der Verbrennungskraftmaschine 2 das erfindungsgemäße Verfahren zur Übersteuerung der vorbestimmten Soll-Drehzahl auf. So kann zum einen eine stabile und stetige Limitierung der Hydromaschinen, Leistungswandler und -abnehmer sichergestellt werden, indem eine Führungsgröße für die Leistungslimitierung, insbesondere das Grenzdrehmoment MMdl Grenz oder MMdl Grenz red, so bereitstellbar ist, dass auf eine Regelung im Zuge der Leistungslimitierung weitestgehend verzichtet werden kann. Zum anderen wird durch die beschriebene Übersteuerung der Soll-Drehzahl die Dauer und der Betrag der Regelabweichung der Drehzahl auf ein Minimum beschränkt.The control unit 8 in its comprehensive configuration according to the invention combines different partial models in order to cover both the dynamic and the static or stationary loading and unloading state of the
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